Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Работа № 7
ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ МАТЕРИАЛОВ
Цель работы
ознакомиться с методикой определения ударной вязкости при изгибе.
Краткие теоретические сведения
Механические свойства материала в значительной степени зависят от скорости приложений нагрузки. Поэтому механические характеристики, полученные при статических испытаниях, не могут быть использованы для оценки сопротивляемости конструкции ударному нагружению, которое достаточно часто встречается в инженерной практике. Физические свойства большинства конструкционных материалов таковы, что с увеличением скорости деформирования у них в большей степени начинают проявляться хрупкие свойства. Это является одной из причин того, что удар относится к наиболее опасным видам нагружения конструкций.
Под ударной вязкостью понимается способность материала сопротивляться ударному разрушению. Мерой такого сопротивления является работа (или энергия), которую необходимо совершить, чтобы разрушить образец. Понятно, что чем больше энергия такого разрушения, тем лучше материал сопротивляется удару, тем он более вязкий. Пластичные материалы являются более вязкими, чем хрупкие. Это объясняется тем, что при ударном разрушении пластичного материала работа разрушения затрачивается не только на разрыв межмолекулярных связей и образование трещины. Значительная ее часть расходуется на интенсивное пластическое деформирование материала в малой области вокруг вершины трещины (рис.20). В хрупких материалах пластических деформаций практически нет.
Количественной мерой ударной вязкости является работа, затраченная на образование поверхности трещины единичной площади. Ударная вязкость а равна отношению работы разрушения К к площади поверхности трещины
. (16)
Чем выше а, тем лучше материал сопротивляется действию ударной нагрузки. Так государственный стандарт на котельную и мостовую стали требует, чтобы ударная вязкость у них была соответственно не ниже 6105 и 8105 Дж/м2.
Таким образом, ударная вязкость а имеет следующий физический смысл – это есть работа разрушения, необходимая для образования трещины с поверхностью равной единице.
Эксперименты показывают, что величина ударной вязкости зависит не только от материала образца, но и от его формы и размеров, а также от условий проведения испытаний – формы и размеров ударяющего тела, его скорости. Поэтому для получения сравнимых результатов испытания на ударную вязкость проводят в строгом соответствии с требованиями ГОСТ 9454-78. Согласно этому государственному стандарту испытания проводят на ударный изгиб.
Метод испытаний на ударный изгиб по ГОСТ 9454-78
Образцы для испытаний
Форма и размеры образцов, применяемых при испытаниях на ударный изгиб, устанавливаются данным государственным стандартом. В качестве основных применяют образцы квадратного поперечного сечения, ослабленные надрезом (концентратором напряжений) U- или V-образной формы. Чертежи образцов показаны на рис.21. Образцы с U-концентратором (рис.21,а) используют при предварительном выборе и приемочном контроле металлов и сплавов до установления норм на образцах с V-концентратором. Образцы с концентратором типа V (рис.21,б) применяются при выборе и приемочном контроле металлов и сплавов для конструкций повышенной степени надежности – сосуды и аппаратура высокого давления, летательные аппараты, транспортные средства и т.д. Надрез образца должен быть строго перпендикулярен его граням. Видимых глазом рисок на поверхности концентраторов быть не должно.
В материале образца на некоторой глубине от дна концентратора возникает объемное (трехосное) напряженное состояние с тремя растягивающими главными напряжениями (рис.22).
Такое напряженное состояние затрудняет образование пластических деформаций в этой зоне образца, что позволяет дополнительно оценить склонность материала к хрупкому разрушению.
Испытательные машины и методика испытаний
Для испытаний образцов на ударный изгиб согласно ГОСТ 9454-78 применяют маятниковые копры (рис.23) с максимальной энергией удара маятника не более 294 Дж (30 кГм). Допускается применять копры и с другой энергией удара. Максимальная энергия удара маятника должна быть такой, чтобы величина работы ударного разрушения составляла от нее не менее 10%. Скорость маятника в момент удара должна быть 50,5 м/с.
При работе на маятниковых копрах необходимо соблюдать дополнительные повышенные требования безопасности:
все рабочие манипуляции с маятником производятся только преподавателем.
В данной работе применяется копер МК-30 с максимальной энергией удара 30 кГм (294 Дж). Схема копра приведена на рис.23,б.
Копер состоит из чугунной станины 1 с двумя вертикальными стойками 2. В верхней части этих стоек на горизонтальной оси подвешен тяжелый маятник 3. Он представляет собой тяжелый диск 4 с вырезом. На этой же оси подвешена подъемная рама 5, которую можно установить на любой высоте с помощью собачки храпового механизма 6.
Маятник крепится к подъемной раме и удерживается защелкой 7. В начале испытаний подъемную раму вместе с маятником вручную поднимают в верхнее исходное положение.
Образец 10 из испытуемого материала устанавливают на закаленные опоры, смонтированные на станине. Основные размеры опор и ножа маятника приведены на рис.23,а. При подъеме маятника специальный палец, закрепленный на нем, поднимает линейку 8, проградуированную в кГм. В исходном положении маятник поднят на высоту Н0 , которой соответствует потенциальная энергия .
При освобождении защелки 6 маятник свободно падает и, встречая на своем пути образец, разрушает его. Затем, пролетая дальше, он поднимается на высоту Н1, которой соответствует энергия подъема маятника равна К1. При этом палец маятника поднимает вдоль шкалы 8 указатель 9. В результате этот указатель остается в положении, показывающем разность энергий, затраченную на ударное разрушение образца
К = К0 – К1.
Остановка маятника при обратном холостом ходе производится ременным тормозом.
Порядок выполнения работы:
Измерить размеры поперечного сечения образца в месте надреза В и Н1 и определить площадь будущей поперечной трещины: .
|
Материал |
Размеры образца, м |
Площадь трещины Атр, м2 |
К0, Дж |
К, Дж |
а, Дж/м2 |
|
|
Н1 |
В |
|||||
|
Сталь |
||||||
|
Чугун |
По результатам выполненной работы необходимо сделать вывод о том, какой из испытанных материалов предпочтительней использовать при изготовлении деталей, работающих при ударных нагрузках.
Содержание отчета
Эскизы образцов с указанием размеров.
Контрольные вопросы
Зависят ли механические характеристики от скорости приложения нагрузки?
PAGE 47
EMBED Word.Picture.8
EMBED Word.Picture.8
3
2
1
Рис. 22. Трёхосное напряжённое состояние
в зоне концентратора напряжений